【电子行业标准(SJ)】 印制板组装件热设计

中华人民共和国电子工业部指导性技术文件SJ/Z2808---87bzxz.net
印制板组装件热设计
19870605发布
1988—01—01实施
中华人民共和国电子工业部
中华人民共和国电子工业部指导性技术文件印刷板组装件热设计
SJ/Z2808-87
本文件适用于电子设备中印刷板组装件，在自然冷却和强迫风冷状态下的热设计。术语、符号
1.1术语
1.1.1热阻
热流量在传递过程中所邀到的阻力（即温差除以热流量）。1.1.2方阻
印刷板单位方格上的热阻。
1.1.3定性温度
对流换热计算时，确定冷却空气物理性质参数的温度。1.1.4特征尺寸
在各无量纲传热准则数中，对换热过程有决定性影响的换热面的几何尺寸。1.1.5
当量直径
四倍的风道横截面面积除以气流润湿边周长。1.2
印刷板的宽度，m；
空气定压比热容，KJ/kg·C；
一一空气质量流速，kg/s·m2，一对流换热系数，W/m2.C
考尔本数，无量纲；。
-印刷板或导热条、板的长度，m：空气警朗特数，无量纲，
元器件的耗散功率（或热量），W；雷诺数，无量纲；
印刷板方阻，C/W
-印刷板基材方阻，C/W，
印刷线（铜箱）方阻，CW；
Rij—节点i与节点j之间的导热热阻，C；t
印刷板组装件上任一点的温度，℃一印刷板组装件边缘的温度，℃：印刷板组装件上任一点的温升t=t-te，℃；印刷板基材表面印制线（铜箱）所覆盖面积的百分数（又称印刷板常中华人民共和国电子工业部1987-0605发布1988-01-01实施
～1～
数），无量纲。
2印刷板散热的基本形式
金属夹芯印削板
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在印刷板的基材中间热压粘合金属导热层，见图1。印制板基材
金属夹芯
年制敏基材
导热板印刷板
金婚夹芯印刷板示意图
在印刷板的表面粘接金属导热板，见图2。零热板
印翻救
2导热板印制板示意图
2.3导热条印刷板
在印制板的表面粘接金遇导热条，见图3热条
印制报
2·4空芯印制板
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导热条印制板示意图
由两块印制板背挚形成密封冷却通道，见图4。风道壁
印制放
3热设计要求
结构设计的原则
来流器
空芯印制板示意图
导热务
印制板
印剃板的设计应符合SJ/Z1675一81《印制线路板设计》的规定。印制板的外形尺寸应符合SJ231383《印制线路板外形尺寸系列》的规定。印制板的质量应符合SJ202-.81《印制板通用技术要求和试验方法》的规定。印制导线在不影响电气性能的基础上，应尽量采用利于传热的大面积铜箔。~3
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3.1：5印制板散热用的导热板（层），条，应采用导热性能好的金属（如铝、铜或铁等）材料，其技术要求应符合有关材料产品标准的规定。3.1.6导热板（层）、条与印制板的粘接强度或抗剥强度，应符合SJ202中第3章的规定。
3.1。7导热板（层）、条与印制板间的绝像电阻、耐压，应符合SJ/Z1675中第53.3、5.3.4款的规定。
3.1.8印制板组装件的结构，应根据散热边界条件和元器件的安装要求进行设计。并保证在工作状态下，其温升和所装元器件的表面温度不高于可靠性所规定的允许使用值。
3.1.9印制板组装件的结构设计应与电气设计、机械设计同时进行，并保证传热路径上的热阻最小。
8.1。10印制板组装件的结构，应符合设备或系统所规定尺寸、元器件安装、重量和成本的要求。
3.1·11印制板组装件强迫风冷通道的设计，应满足风阻特性的要求。当不充许空气直接冷却元器件时，其通道结构应采取密封措施。3.2元器件的热安装
3.2.。1热敏、耐热性差的元器件应安装在空气气流的上游（入口处），耗散功率大的、耐热性好的元器件应安装在空气气流的下游（出口处）。3.2.2在不影响电气性能的条件下，元器件的布设应使印制板上的热负载均勾分布。半导体集成电路应尽量安装在低温区城内。32.3元器件的安装应采用气流阻力小的排列形式。元器件与印制板之间的架空间隙，应控制在B~5mm的范围内。3.2：4元器件的安装及其引线的焊接，应设有消除热应力或热应变的结构措施。3.2.41消除轴向引线的元器件（如电阻、电容或半导体二极管等）的热应力、可采用下列安装形式（见图5）：a，元器件的引线在焊接时，至少应留有2.5mm长的热应变量，见图5（a））所示：
b，元器件的引线在安装空间较小时，应采取弧形或环形的应变结构，见图5（b）所示。
热应变量
印翻救
/元件
>印割板
图5轴向引线的元器件热应力释放的示意图SJ/Z2808—87
消除功率器件（如晶体管、集成器件等）的热应力，可根据耗散功率的3.2.4.2
大小采用下列安装形式（见图6）：a·利用器件的引线，将器件架空安装在印制板上，见图6（a）所示：b：在器件与印制板间衬垫绝缘导热层或散热器，见图6（b）所示：C·利用器件的引线长度，将器件倒装于印制板上，见图6（c）所示：d，将器件的引线折弯90°，使器件侧装于散热支撑垫上，见图6（d）所示。最售销
抑侧教
晶售管
印魅报
晶督管
散热醫或导热衬热
却制敏
温誉管
敬热支游整快
图6功率晶体管消除热应力的安装示意图3.2，4.3消除双列直插式集成电路的热应力，可采用下列安装形式（见图7）：8，采用能够复原和屈服的导热粘合剂、将功率密度较高的集成电路直接粘接在印制板的导热条上，见图7（a）所示。为获得足够的热应变量，粘合界面的厚度应控制在0.13~0.52mm的范围内。
b：功率密度小于0.2W的集成电路，可直接插焊在印制板或印制板的导热条上，见图7（b）、（c）所示。为获得足够的热应变量，接触界面的间隙应控制在0.3mm以下，
装成电路
印制板
蔡成电路
印制水
双列直接式集成电路消除热
应力安装示意图
4热设计计算
4.1确定基本参数
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进行印制板组装件热设计计算时，首先应确定下列各项参数：a，元器件的耗散功率：
b。元器件表面允许使用的最高温度：C印制板的结构尺寸及所用的材料d。金属导热板（层）、条的结构尺寸及所用的材料：e印制板组装件及元器件周的环境温度；。冷却空气的物理性质参数。
4：2印制板的热计算
根据印制板上的热负载，首先计算出印制板的方阻，然后按不同的散热边界条件，计算印制板上任一点至印制板组装件边缘的最大阖升。4.2.1方阻的计算
印制板的传热性能、通常采用每单位方格的方阻（热阻）来表示。其计算公式如下：Rsq=RsqbΦ(Rsqb-Rsqc)
式中：
Rsb=b80
（1）
（2）
其中：为基材的导热系数，W/m·℃；%为基材的厚度，m。Rsgc
其中：>c为印制线路铜箱的导热系数，W/m·；&c为印制线路的厚度，m。Sc
×100%
（4）
其中：Sc为印制线路覆盖的面积，m\；S为基材覆箔面的表面积m？。4.2.2温升的计算
4.2.2·1当印制板上的热负载为均匀分布时，印制板上任点至印制板组装件边缘的最大温升△tmx，按下列不同的散热边界条件进行计算：8，两对边不散热，另两对边散热，表面无对流换热（见图8（a））Atmax
武中：R由公式（1）给出。
b，两对边不散热：另两对边散热，表面有对流换热（见图8（b））。~6-
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coshL(2hRag)+.L/2)
式中：R由公式（1）给出：h由公式（14）给出。c。四边散热，表面无对流换热（见图8（℃））。Atnax
式中：R由公式（1）给出。
cosh［（x/2）（L/B）
d：四边散热，表面有对流换热（见图8（d））。Atmax=
式中：
［1-0.785(E+F)7
cosh([2hRsg+
(元/L)2 7+.B/2)
cosh（[2hRsg+（元/B)2J·L/2）其中：Rsc由公式（1）给出，h由公式（14）给出。不散热
均匀熟负
鳞无对流
不前热
灼勺热负
载无对流
t=0+=0
不散效
810112
构市热负
戴有对流
不散裁
均市热负
载有对离
（10)
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当印制板上的热负载为非均匀分布时，印制板上任一点的温度值，按4.2.2.2
4。4。2款采用有限差分法进行计算。4.3导热条印制板的热计算
元器件的耗散功率经粘合剂、导热条传至印制板组装件的两端，其热量传递主要为导热条一维导热，见图9所示。
4.3.1当导热条上的热负载为均勾分布时，导热条上任一点至印制板组装件边缘的温升△t，按下式进行计算：
At=t-te=
式中：g-
一导热条单位长度上的热量，W/m一导热条的横截面面积，m2，
入—导热条的导热系数，w/m·c：X一沿导热条长度方向的坐标位置，m。最大温升Atm=x发生在×=0（即L/2）处，其计算公式如下：Atmax
式中：Q=gL为导热条上元器件的耗散功率，W。集戏电路
-0-0--
TTTTTTITTTTT
均勺热员裁
A一A截面放大
孕热泉
负制报
B-B面
（12)
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4、3，2当导热条上的热负载为非均匀分布时。导热条印制板上任点的温度值，按4.4.2款买用有限率分法进行计算。4，4导热板层）印制板的热计算印制板上的热负载经粘合剂、导热板（层）传至印制板组装件的两端、其热量主要为导热板（层）维导热。
4.4，1当导热板（层）上的热负载为均匀分布时，导热板（层）上任一点至印制板组装件边缘的温升△t、最大温升△tmax，根据导热板（层）的横截面面积S：分别按公式（11）、（12）进行计算。4.4·2当导热板（层）上的热负载为非均匀分布时，根据散热边界条件，采用有限差分法将印制板组装件划分为n个网络（见图10（a）），并设每一网络的热量集中于网格的中心（节点）。节点之间，节点与边界之间用导热热阻相连（见图10（b））。按热阻网络建立各节点的热平衡方程、计算各节点上导热板（层）的温度值。艳热
品8品
节点之间，节点与边界之间的导热热阻R，按下式进行计算：Rii
入si)
式中：l第i节点与第j节点之间的导热路径长度，租，S第i节点与第j节点之间的导热面积，m，ij1,2,
4.5空芯印制板的换热计算
根据空芯印制板组装件的风道结构和热负载，分别取风道当直径为特征尺寸、气~9~
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流的平均温度为定性温度，计算印制板换热面的对流换热系数。其计算公式如下：h=CpJGPr
式中：G=-
度，kg/m2,
一，其中qv为体积流量，ms；A为风道横载面积，P为空气密J与风道结构及雷诺数有关，出公式（15）、（16）、（17）、（18）给出。4.5.1
当风道长宽比大天8：1时，
式中：200当风道为正方形时：
式中：Re1300。
式中：104当风道中有助片时，
式中：400Re.1500。
附加说明：
本文件由电子部标准所提出：
本文件由西北电讯工程学院负责起草·本文件主要起草人：赵撑受、尊建华。-10~
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